CZ2021464A3 - A method of complex, continuous, large-volume, adsorptive purification of liquids with cyclic regeneration of the adsorbent, recycling of the regenerating agent and the equipment for this - Google Patents
A method of complex, continuous, large-volume, adsorptive purification of liquids with cyclic regeneration of the adsorbent, recycling of the regenerating agent and the equipment for this Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2021464A3 CZ2021464A3 CZ2021-464A CZ2021464A CZ2021464A3 CZ 2021464 A3 CZ2021464 A3 CZ 2021464A3 CZ 2021464 A CZ2021464 A CZ 2021464A CZ 2021464 A3 CZ2021464 A3 CZ 2021464A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- column
- regeneration
- adsorption
- regenerate
- impurities
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
- B01D15/02—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor with moving adsorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D24/00—Filters comprising loose filtering material, i.e. filtering material without any binder between the individual particles or fibres thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Treatment Of Liquids With Adsorbents In General (AREA)
Abstract
Způsob komplexního, kontinuálního, velkoobjemového, adsorpčního čištění tekutin s cyklickou regenerací adsorbentu a recyklací regeneračního činidla spočívá v tom, že obsahuje kroky: - čištění vstupní surové znečištěné tekutiny alespoň v jedné vícepatrové koloně obsahující pro adsorpci nečistot uhlíkové nanotrubičky – CNT, imobilizované na nosném substrátu, případně s hrubozrnným anorganickým a/nebo organickým materiálem jako kompozitní směs po dosažení nasorbování nečistot, přičemž vyčištěná tekutina se odvádí mimo proces; - následnou regeneraci těchto uhlíkových nanotrubiček - CNT od naadsorbovaných nečistot v téže vícepatrové koloně regeneračním činidlem bez vyjmutí trubiček CNT z kolony a s navazující recyklací vyčištěného regeneračního činidla; a současně - přepnutí čištění vstupní surové znečištěné tekutiny na další alespoň jednu vícepatrovou kolonu obsahující čerstvé, tj. regenerované/nové uhlíkové nanotrubičky – CNT pro pokračování tohoto kontinuálního způsobu. Řešení se dále týká zařízení k provádění tohoto způsobu.The method of complex, continuous, large-volume, adsorptive purification of liquids with cyclic regeneration of the adsorbent and recycling of the regenerating agent consists in the fact that it contains the following steps: - purification of the raw contaminated liquid input in at least one multi-layered column containing carbon nanotubes - CNTs, immobilized on a carrier substrate for adsorption of impurities , possibly with coarse-grained inorganic and/or organic material as a composite mixture after achieving sorption of impurities, whereby the cleaned liquid is discharged outside the process; - subsequent regeneration of these carbon nanotubes - CNTs from adsorbed impurities in the same multi-layer column with a regeneration agent without removing the CNT tubes from the column and with subsequent recycling of the purified regeneration agent; and at the same time - switching the purification of the input raw polluted liquid to another at least one multi-layered column containing fresh, i.e. regenerated/new carbon nanotubes – CNTs to continue this continuous process. The solution further relates to a device for carrying out this method.
Description
Způsob komplexního, kontinuálního, velkoobjemového, adsorpčního čištění tekutin s cyklickou regenerací adsorbentu, recyklací regeneračního činidla a zařízení k provádění tohoto způsobuA method of complex, continuous, large-volume, adsorptive purification of liquids with cyclic regeneration of the adsorbent, recycling of the regenerating agent and equipment for carrying out this method
Oblast technikyField of technology
Předkládaný vynález se obecně týká komplexního způsobu čištění velkého spektra různých tekutin, zejména vody od různých polutantů, a to zejména pro případy, kdy je potřeba čistit velké množství tekutiny, tj. v masovém měřítku, s vysokou účinností a s minimální ekologickou zátěží a finanční rentabilitou, pomocí adsorpčního/filtračního nanomateriálu.The present invention generally relates to a complex method of cleaning a large spectrum of different liquids, especially water from various pollutants, especially for cases where it is necessary to clean a large amount of liquid, i.e. on a mass scale, with high efficiency and with minimal ecological burden and financial profitability. using adsorption/filtration nanomaterial.
Dalším předmětem vynálezu je i regenerace od zachycených polutantů znečištěného adsorbentu s následnou recyklací regenerátu.Another object of the invention is also the regeneration of the polluted adsorbent from captured pollutants with subsequent recycling of the regenerate.
Vynález dále také zahrnuje zařízení k provádění tohoto způsobu.The invention further also includes a device for carrying out this method.
Dosavadní stav technikyCurrent state of the art
Existuje mnoho procesů a materiálů pro čištění kapalin a plynů, které byly již patentovány nebo popsány v odborné literatuře a které zahrnují adsorpční/filtrační nanomateriál, jímž jsou uhlíkové nanotrubičky - CNT (carbon nanotubes). Je to dáno tím, že nanočástice, mezi něž se CNT řadí, jsou díky svým unikátním vlastnostem velkým příslibem pro nalezení nových technologií a materiálů a pro zlepšení průmyslových procesů.There are many processes and materials for the purification of liquids and gases that have already been patented or described in the professional literature and that involve the adsorption/filtration nanomaterial, which are carbon nanotubes - CNT (carbon nanotubes). This is due to the fact that nanoparticles, which include CNTs, hold great promise for finding new technologies and materials and for improving industrial processes due to their unique properties.
Přestože od objevu CNT uplynulo již vice než 30 let, nedošlo stále k jejich masovému, průmyslovému použití v separačních technologiích, zejména při čištění vody, organických kapalin a plynů včetně vzduchu. To je způsobeno tím, že se jen obtížně CNT imobilizují tak, aby nekontaminovaly čištěnou tekutinu (kapalinu nebo plyn). Tento nedostatek CNT se snažilo adresovat mnoho vynálezců.Although more than 30 years have passed since the discovery of CNTs, there has still been no mass, industrial use of them in separation technologies, especially in the purification of water, organic liquids and gases, including air. This is due to the fact that it is difficult to immobilize CNTs so that they do not contaminate the purified fluid (liquid or gas). Many inventors have tried to address this shortcoming of CNTs.
Výrobou speciálně imobilizovaných uhlíkových nanotrubiček na nosném substrátu k čištění tekutin, zejména vody se zabývá již podaná česká patentová přihláška CZ PV 2021-9 stejného přihlašovatele, kde popsané řešení vede k z velké části překonání uvedených problémů, přičemž uvedená přihláška je zde odkazem zahrnuta jako celek.The already filed Czech patent application CZ PV 2021-9 of the same applicant deals with the production of specially immobilized carbon nanotubes on a carrier substrate for the purification of liquids, especially water, where the described solution largely overcomes the mentioned problems, while the said application is incorporated here by reference in its entirety.
Doposud známé procesy adsorpčního čištění tekutin, zejména vody s použitím CNT pro sorpci kontaminantů podle známého dosavadního stavu techniky nejsou pro masové měřítko kontinuálního čištění tekutin vhodná, případně pouze s nerentabilními finančními náklady vedoucími k nutnosti zařadit další přídavná zařízení, či využít vlastností dalších spolupůsobících chemických látek a kromě zvýšených nároků na pracovní sílu tak zvýšit i environmentální zatížení okolí.Until now known processes for adsorptive cleaning of liquids, especially water using CNTs for the sorption of contaminants according to the known state of the art, are not suitable for the mass scale of continuous cleaning of liquids, possibly only with unprofitable financial costs leading to the need to include additional equipment, or to use the properties of other interacting chemical substances and in addition to the increased demands on the workforce, also increase the environmental burden of the surroundings.
To například uvádí patentová přihlášce US 20150114819 A1, řešící následný problém úniku CNT do prostředí tak, že kontaminovaná kapalina je uváděna do tlakového reaktoru a při vysokých teplotách a tlacích jsou CNT oxidovány na oxid uhličitý. Nevýhodou tohoto řešení jsou velké dodatečné investiční výdaje na odstranění CNT kontaminace a velká spotřeba energie, což činí tuto aplikaci nekonkurenceschopnou z hlediska masového nasazení např. pro čištění pitné nebo odpadní vody, kde jsou zpracovávány stovky metrů krychlových vody za hodinu.This is stated, for example, in patent application US 20150114819 A1, which solves the subsequent problem of CNT leakage into the environment by introducing a contaminated liquid into a pressure reactor and at high temperatures and pressures CNTs are oxidized to carbon dioxide. The disadvantage of this solution is the large additional investment expenses for the removal of CNT contamination and the high energy consumption, which makes this application uncompetitive in terms of mass deployment, e.g. for the treatment of drinking or waste water, where hundreds of cubic meters of water are processed per hour.
Jiný dokument US 20150122735 A1, fixuje CNT na membránu z esterů celulózy tak, aby byly CNT optimálně kolmo k povrchu membrány a souběžně jedna vedle druhé. Tento proces výroby membrány nebyl dosud průmyslově zvládnut, a i sami autoři uvádějí, že jejich vynález jeAnother document, US 20150122735 A1, fixes CNTs to a cellulose ester membrane so that the CNTs are optimally perpendicular to the membrane surface and parallel to each other. This membrane production process has not yet been mastered industrially, and even the authors themselves state that their invention is
- 1 CZ 2021 - 464 A3 aplikovatelný pouze na čištění malých zdrojů vody jako je např. voda z kohoutku. Nevýhodou tohoto vynálezu je tak nemožnost masového nasazení.- 1 CZ 2021 - 464 A3 applicable only to cleaning small water sources such as tap water. The disadvantage of this invention is the impossibility of mass deployment.
Dokument US 20160251244 A1 popisuje použití CNT ve formě membrány, kde CNT jsou dopovány s výhodou katalytickými kovy jako je platina pro zajištění chemické nebo elektrochemické oxidace (ozon, O3) mikropolutantů v pitné vodě. Byť se tento vynález vymezuje jako inovační oproti stávajícím oxidačním technologiím používaným při úpravě vody, jeho použití je charakteristické vysokými výrobními náklady a vysokými nároky na kvalifikaci obslužného personálu. Navíc neřeší adsorpci oxidačních produktů (polární organické látky jako jsou aldehydy, ketony, karboxylové kyseliny, které následně podporují obnovu mikrobiálního růstu v distribuční síti pitné vody, které jsou také potenciálním zdravotním rizikem.Document US 20160251244 A1 describes the use of CNTs in the form of a membrane, where the CNTs are preferably doped with catalytic metals such as platinum to ensure chemical or electrochemical oxidation (ozone, O3) of micropollutants in drinking water. Although this invention is defined as innovative compared to existing oxidation technologies used in water treatment, its use is characterized by high production costs and high requirements for the qualification of service personnel. In addition, it does not solve the adsorption of oxidation products (polar organic substances such as aldehydes, ketones, carboxylic acids, which subsequently promote the renewal of microbial growth in the drinking water distribution network, which are also a potential health risk.
Patent US 7211320 B1, nárokuje kompozitní materiál, kde jsou CNT imobilizovány na organickém nebo keramickém substrátu ve formě membrány a zároveň jsou použity CNT modifikované impregnací, funkcionalizací, dopováním, nabíjením, povrchovým krytím nebo iradiací. Takovýto proces představuje vysoké náklady na výrobu membrány, a navíc forma membrány limituje množství použitých CNT v dané aplikaci, a tak pro velkoobjemové aplikace čištění kapalin je nutné použít velké množství drahých membrán, což si vynucuje použití zařízení velkého rozsahu a indukuje tak vysoké investiční náklady. Adsorpční kapacita těchto membrán je navíc limitována logicky nízkým obsahem CNT.Patent US 7211320 B1 claims a composite material where CNTs are immobilized on an organic or ceramic substrate in the form of a membrane and at the same time CNTs modified by impregnation, functionalization, doping, charging, surface covering or irradiation are used. Such a process represents a high cost of membrane production, and in addition, the form of the membrane limits the amount of CNTs used in a given application, so for large-volume liquid purification applications, it is necessary to use a large number of expensive membranes, which forces the use of large-scale equipment and thus induces high investment costs. In addition, the adsorption capacity of these membranes is limited by the logically low content of CNTs.
Jiným příkladem je patent KR 101490362 B1, kde CNT jsou společně s koagulantem nastřikovány do proudu čištěné vody s následným oddělením CNT na odstředivce. Tento proces zavádí do zpracovávané vody další chemikálie, je nákladný na přesnost řízení a vyžaduje investičně nákladné stroje (odstředivku). Navíc je též energeticky náročný.Another example is patent KR 101490362 B1, where CNTs are injected together with a coagulant into a stream of purified water with subsequent CNT separation on a centrifuge. This process introduces additional chemicals into the treated water, is costly in terms of control accuracy and requires capital-intensive machinery (centrifuge). In addition, it is also energy-intensive.
Ruský patent RU 2159743 C1 využívá k fixaci CNT pěnu z nedefinovaného polymerního materiálu. Ne všechny polymerní materiály lze použít k úpravě např. pitné vody, a navíc jsou potenciální ekologickou zátěží při likvidaci filtru. Materiál podle tohoto vynálezu je naopak založen na zcela recyklovatelných materiálech.Russian patent RU 2159743 C1 uses foam from an undefined polymer material to fix CNTs. Not all polymer materials can be used to treat, for example, drinking water, and in addition, they are a potential environmental burden when disposing of the filter. The material according to this invention, on the other hand, is based on completely recyclable materials.
Dokument US 2015166365 A1 indikuje výhodnost CNT impregnovaných Fe nanočásticemi pro odstraňování benzenu z vody. Materiál podle tohoto vynálezu využívá s výhodou původní katalytické částice železa pro dosažení zvýšené adsorpční schopnosti pro odstraňování organických nepolárních kontaminací z vody a tím vylučuje jakoukoliv předúpravu CNT před dalším použitím.Document US 2015166365 A1 indicates the advantage of CNTs impregnated with Fe nanoparticles for the removal of benzene from water. The material according to this invention advantageously uses the original catalytic iron particles to achieve an increased adsorption capacity for the removal of organic non-polar contaminations from water and thus excludes any pre-treatment of CNTs before further use.
Další dokument US 2015321168 A1 popisuje imobilizaci CNT pomocí koprecipitace kovových prášků ve vodné suspenzi CNT, kde CNT jsou ve svém výsledku navázány na precipitované kovové částice ve formě koňských ocasů čímž vznikne kompozitní materiál, který lze z kapalin odstraňovat např. magnetickou separací. Dobře si lze představit nákladnost tohoto procesu a také toxikologická rizika plynoucí z kontaktu čištěné vody s práškovými kovy. Navíc je část CNT vázána do precipitovaných částic, a tak ne zcela přístupná pro adsorpci polutantů.Another document US 2015321168 A1 describes the immobilization of CNTs by coprecipitation of metal powders in an aqueous suspension of CNTs, where the CNTs are ultimately bound to precipitated metal particles in the form of horse tails, resulting in a composite material that can be removed from liquids, for example, by magnetic separation. One can well imagine the cost of this process and also the toxicological risks arising from the contact of purified water with powdered metals. In addition, part of the CNT is bound into precipitated particles and thus not completely accessible for pollutant adsorption.
Nevýhodou všech výše zmíněných patentových dokumentů je buď nutnost modifikovat různými způsoby použité CNT nebo nutnost je imobilizovat ve formě membrány (patentů popisujících membrány s obsahem CNT jsou stovky a není možné je zde všechny citovat), či je použít ve vznosu, kde není zajištěno odstranění cytostaticky problematických CNT z produkované tekutiny či použít i další jiné materiály. Většina citovaných dokumentů je prakticky pro provedení předkládaného vynálezu nepoužitelných, a to vzhledem ke svým velkým výrobním nákladům daného materiálu, značným požadavkům na dodatečné investice a nutnost kvalifikované obsluhy.The disadvantage of all the above-mentioned patent documents is either the need to modify the used CNTs in various ways or the need to immobilize them in the form of a membrane (there are hundreds of patents describing membranes with CNT content and it is not possible to cite them all here), or to use them in suspension, where removal by cytostatics is not ensured problematic CNTs from the produced liquid or use other materials as well. Most of the cited documents are practically unusable for the implementation of the present invention, due to the high production costs of the given material, significant requirements for additional investments and the need for qualified personnel.
Do jisté míry podobnou problematikou čištění vody se zabývá užitný vzor CZ 33685 U1 majitele DEKONTA Slovensko spol. s r.o., uvádějící zařízení určené pro masové kontinuální čištění podzemních vod. V dokumentu je popsáno několik adsorpčních kolon obsahujících jako sorpčníTo a certain extent, the utility model CZ 33685 U1 of the owner DEKONTA Slovensko spol. deals with a similar issue of water purification. s.r.o., introducing equipment designed for mass continuous purification of groundwater. The document describes several adsorption columns containing as sorption
- 2 CZ 2021 - 464 A3 materiál patrony s polymerním adsorbentem, přičemž kolony slouží k jak k sorpci organických kontaminantů z vody, tak k regeneraci kolon, kde dochází k rozkladu zachycených nečistot.- 2 CZ 2021 - 464 A3 material cartridges with polymer adsorbent, while the columns are used both for the sorption of organic contaminants from water and for the regeneration of the columns, where the captured impurities are decomposed.
V uvedeném řešení se jako adsorpční činidlo používá polymerní adsorbent, konkrétně pryskyřice Amberlite řady XAD, nevýhodou je, že při regeneraci je třeba z kolony patronu s adsorbentem vyjmout, přemístit k destilačnímu aparátu, kde regenerace adsorbentu probíhá za poměrně vysoké teploty 70 oC, s nutným zabezpečením celého tohoto přídavného provozu, čímž přinejmenším rostou ekonomické náklady a klade vysoké nároky na obsluhu zařízení.In the mentioned solution, a polymeric adsorbent is used as an adsorption agent, specifically Amberlite resin of the XAD series, the disadvantage is that during regeneration the cartridge with the adsorbent must be removed from the column and moved to the distillation apparatus, where the regeneration of the adsorbent takes place at a relatively high temperature of 70 o C, with by the necessary security of all this additional operation, which at least increases economic costs and places high demands on the operation of the equipment.
Předložený vynález si stanovil za cíl odstranit velkou část z výše uvedených nevýhod.The present invention aims to eliminate a large part of the above-mentioned disadvantages.
Podstata vynálezuThe essence of the invention
Ve svém nejobecnějším provedení předložený vynález poskytuje způsob komplexního, kontinuálního, velkoobjemového, adsorpčního čištění tekutin s cyklickou regenerací adsorbentu a recyklací regeneračního činidla, přičemž obsahuje kroky:In its most general embodiment, the present invention provides a method of complex, continuous, large-volume, adsorptive purification of liquids with cyclic regeneration of the adsorbent and recycling of the regenerating agent, comprising the steps of:
- čištění vstupní surové znečištěné tekutiny alespoň v jedné vícepatrové koloně obsahující pro adsorpci nečistot uhlíkové nanotrubičky - CNT, imobilizované na nosném substrátu, případně s hrubozrnným anorganickým a/nebo organickým materiálem jako kompozitní směs po dosažení nasorbování nečistot, přičemž vyčištěná tekutina se odvádí mimo proces;- purification of the input raw polluted liquid in at least one multi-layer column containing for adsorption of impurities carbon nanotubes - CNTs, immobilized on a carrier substrate, possibly with coarse-grained inorganic and/or organic material as a composite mixture after the sorption of impurities has been achieved, while the purified liquid is removed outside the process;
- následnou regeneraci těchto uhlíkových nanotrubiček - CNT od naadsorbovaných nečistot v téže vícepatrové koloně regeneračním činidlem bez vyjmutí trubiček CNT z kolony; a současně- subsequent regeneration of these carbon nanotubes - CNTs from adsorbed impurities in the same multi-layer column with a regeneration agent without removing the CNT tubes from the column; and at the same time
- přepnutí čištění vstupní surové znečištěné tekutiny na další alespoň jednu vícepatrovou kolonu obsahující čerstvé, tj. regenerované/nové uhlíkové nanotrubičky - CNT pro pokračování tohoto kontinuálního způsobu.- switching the purification of the input raw polluted liquid to another at least one multi-layer column containing fresh, i.e. regenerated/new carbon nanotubes - CNTs to continue this continuous method.
Předmět předloženého vynálezu se tedy týká způsobu komplexního, kontinuálního, velkoobjemového, adsorpčního čištění tekutin zejména pro masové čištění pitné, užitkové a odpadní vody (technologie ART SAND Process), příkladně od organických kapalin jako jsou biopaliva, s výhodou také od pesticidů a lékových reziduí pomocí adsorpčního/filtračního nanomateriálu, kterým jsou zejména imobilizované uhlíkové nanotrubičky - CNT, avšak bylo zjištěno, že lze jako adsorpční materiál do jisté míry použít také granulované aktivní uhlí.The subject of the present invention therefore relates to a method of complex, continuous, large-volume, adsorptive purification of liquids, especially for mass purification of drinking, utility and waste water (ART SAND Process technology), for example from organic liquids such as biofuels, preferably also from pesticides and drug residues using of adsorption/filtration nanomaterial, which are mainly immobilized carbon nanotubes - CNT, but it was found that granulated activated carbon can also be used as an adsorption material to a certain extent.
Podstatnou výhodou způsobu čištění s použitím tohoto adsorbentu - upravených CNT, je hlavně z hlediska ekonomiky reálného provozu jeho schopnost rychlé regenerace bez vyjmutí z adsorpčního aparátu. Rychlá kinetika adsorbentu umožnuje projektovat malé průmyslové aparáty s malým množstvím adsorbentu, na jehož regeneraci je možné použít malé množství regeneračního činidla. Kinetika regenerace (desorpce) je stejně rychlá jako kinetika adsorpce.A significant advantage of the method of cleaning using this adsorbent - modified CNTs, mainly from the point of view of the economics of real operation, is its ability to be quickly regenerated without removing it from the adsorption apparatus. The fast kinetics of the adsorbent makes it possible to design small industrial devices with a small amount of adsorbent, for the regeneration of which a small amount of regeneration agent can be used. The kinetics of regeneration (desorption) is as fast as the kinetics of adsorption.
Termínem „komplexní čištění tekutiny“ se pro tento vynález definuje způsob čištění od všech základních skupin polutantů, jimiž jsou pesticidy, fungicidy, herbicidy, aktivní lékové ingredience, chlorované uhlovodíky, ale také bakterie a viry.For this invention, the term "complex fluid purification" defines a method of purification from all basic groups of pollutants, which are pesticides, fungicides, herbicides, active medicinal ingredients, chlorinated hydrocarbons, but also bacteria and viruses.
Termínem: „čištěná tekutina“ je v tomto vynálezu míněna voda, organická kapalina nebo směs organických kapalin, plyn, nebo směs plynů-vzduch; výhodně voda.The term: "purified fluid" in this invention means water, an organic liquid or a mixture of organic liquids, a gas, or a gas-air mixture; preferably water.
Základem způsobu čištění tekutin podle tohoto vynálezu jsou dvě adsorpční kolony, zařazené paralelně nebo v sérii, jedna v modu čištění, druhá v modu regenerace od kontaminantů nasorbovaných na absorbent z čištěné tekutiny, na jejichž specifickou konstrukci byla podánaThe basis of the fluid purification method according to the present invention are two adsorption columns, arranged in parallel or in series, one in the purification mode, the other in the regeneration mode from contaminants adsorbed on the absorbent from the purified liquid, the specific design of which was applied
- 3 CZ 2021 - 464 A3 přihlašovatelem přihláška užitného vzoru PUV 2021 -39129, a které jsou naplněny výše uvedenými mobilizovanými uhlíkovými nanotrubičkami CNT.- 3 CZ 2021 - 464 A3 by the applicant, utility model application PUV 2021 -39129, and which are filled with the above-mentioned mobilized CNT carbon nanotubes.
Po přepnutí na první kolonu s obsahem čerstvého adsorpčního materiálu pro kontinuální čištění tekutiny jsou znečištěné nanotrubičky ve druhé koloně po proběhlém čištění tekutiny s naadsorbovaným kontaminantem kontinuálně regenerovány pomocí organického regeneračního činidla, které se následně recykluje pomocí reverzní osmózy.After switching to the first column containing fresh adsorptive material for continuous fluid purification, the contaminated nanotubes in the second column are continuously regenerated using an organic regeneration agent, which is subsequently recycled using reverse osmosis.
Součástí předmětného vynálezu je i materiál adsorbentu pro čištění uvedených tekutin uvedeným způsobem obsahující naadsorbované nečistoty ze znečištěné tekutiny.The present invention also includes an adsorbent material for cleaning said liquids in the said manner containing adsorbed impurities from the polluted liquid.
Vynález kromě způsobu čištění zahrnuje s výhodou další kroky regenerace již použitého adsorbentu se zachycenými nečistotami a následnou recyklaci použitého regeneračního činidla po regeneraci adsorbentu.In addition to the cleaning method, the invention advantageously includes further steps of regeneration of the already used adsorbent with trapped impurities and subsequent recycling of the used regeneration agent after regeneration of the adsorbent.
Současně se také vynález týká zařízení k provádění tohoto způsobu.At the same time, the invention also relates to a device for carrying out this method.
Podstatou vynálezu je způsob komplexního, kontinuálního, velkoobjemového, adsorpčního čištění tekutin s cyklickou regenerací adsorbentu a recyklací regeneračního činidla, přičemž tento způsob obsahuje kroky:The essence of the invention is a method of complex, continuous, large-volume, adsorptive purification of liquids with cyclic regeneration of the adsorbent and recycling of the regenerating agent, while this method includes the following steps:
a) vstupní surová znečistěná tekutina, se čistí v první vícepatrové adsorpční koloně obsahující pro adsorpci nečistot uhlíkové nanotrubičky imobilizované na nosném substrátu, případně s hrubozrnným anorganickým a/nebo organickým materiálem jako kompozitní směs, přičemž se vyčištěná voda monitoruje analyzátorem a následně odvádí mimo proces;a) the raw, polluted input fluid is purified in the first multi-layer adsorption column containing carbon nanotubes immobilized on a carrier substrate for the adsorption of impurities, possibly with coarse-grained inorganic and/or organic material as a composite mixture, while the purified water is monitored by an analyzer and subsequently discharged outside the process;
b) po změřeném naadsorbování nečistot se první kolona odstaví a do systému čištění tekutiny se zařadí druhá adsorpční kolona se stejným sorpčním materiálem shodným s první adsorpční kolonou, která se v mezičase podrobí čištění od naadsorbovaných nečistot;b) after the measured adsorbed impurities, the first column is shut down and a second adsorption column with the same sorption material identical to the first adsorption column is included in the fluid purification system, which in the meantime undergoes cleaning from adsorbed impurities;
c) po svém odvodnění se první kolona promývá organickým regeneračním činidlem, a vzniklý regenerát se po případné úpravě použije k následné regeneraci obou kolon; přičemžc) after its dewatering, the first column is washed with an organic regeneration agent, and the resulting regenerate is used for the subsequent regeneration of both columns after possible treatment; whereas
d) se po ukončení regenerace první kolony dle kroku c) vytlačí přebytečné množství regeneračního činidla/regenerátu pomocí dalšího média, kolona se propláchne promývací tekutinou odvedenou následně do sběrné nádoby pro zředěný regenerát k dalšímu zpracování; ad) after completion of the regeneration of the first column according to step c), the excess amount of regenerating agent/regenerate is squeezed out using another medium, the column is rinsed with the washing liquid which is subsequently taken to the collection container for the diluted regenerate for further processing; and
e) regenerovaná první kolona se následně odstaví, přičemž po vyčerpání adsorbentu nečistotami ve druhé koloně se první kolona opětně zařadí k dalšímu-kontinuálnímu čištění surové tekutiny a druhá kolona se podrobí stejným výše uvedeným krokům čištění.e) the regenerated first column is subsequently shut down, and after exhausting the adsorbent with impurities in the second column, the first column is re-engaged for further continuous purification of the raw liquid and the second column is subjected to the same cleaning steps mentioned above.
Konkrétními znaky tohoto způsobu podle vynálezu jsou kroky:Specific features of this method according to the invention are the steps:
a) vstupní surová znečistěná tekutina, zejména s výhodou voda, se v rozsahu teplot 5 až 50 °C čistí v první vícepatrové adsorpční koloně (C1), obsahující pro adsorpci nečistot uhlíkové nanotrubičky imobilizované na nosném substrátu na bázi rozvlákněného přírodního nebo syntetického materiálu ve formě velkoobjemového lože, případně s hrubozrnným anorganickým a/nebo organickým materiálem jako kompozitní směs, přičemž se vyčištěná voda monitoruje analyzátorem a následně odvádí mimo proces;a) the incoming raw polluted liquid, preferably water, is purified in the temperature range of 5 to 50 °C in the first multi-layer adsorption column (C1), containing for adsorption of impurities carbon nanotubes immobilized on a support substrate based on a fibrous natural or synthetic material in the form of a bulk bed, possibly with coarse-grained inorganic and/or organic material as a composite mixture, while the purified water is monitored by an analyzer and subsequently discharged outside the process;
b) po nárůstu analyzátorem měřených hodnot u čištěné vody, na stanovenou úroveň se adsorpční kolona (C1) odstaví a surová voda, se vede do druhé vícepatrové adsorpční kolony (C2) s čerstvým adsorbentem pro kontinuální provoz, zatímco se kolona (C1) s vyčerpaným adsorbentem podrobí následnému čištění od naadsorbovaných nečistot; a následně se zab) after the increase of the values measured by the analyzer in the purified water to the set level, the adsorption column (C1) is shut down and the raw water is led to the second multi-stage adsorption column (C2) with fresh adsorbent for continuous operation, while the column (C1) with exhausted subjected to subsequent cleaning from adsorbed impurities with an adsorbent; and subsequently for
- 4 CZ 2021 - 464 A3- 4 CZ 2021 - 464 A3
c) pomoci stlačeného plynu - vzduchu adsorpční kolona (C1) odvodní do kanalizace, přičemž se ze zásobního tanku (RE2) následně provádí její regenerace regeneračním činidlem, který je na bázi jednosytného alkoholu s délkou řetězce C1-C3, v zásaditém prostředí, a regenerát se po první regeneraci, po úpravě pH/koncentrace alkoholu opětně využije k další regeneraci až do dosažení limitní koncentrace 25 % hmotn. látek zachycených v regenerátu, vztaženo na hmotnost regenerátu; přičemžc) with the help of compressed gas - air, the adsorption column (C1) drains into the sewer, while its regeneration is subsequently carried out from the storage tank (RE2) with a regeneration agent based on a monohydric alcohol with a chain length of C1-C3, in an alkaline environment, and the regenerate after the first regeneration, after adjusting the pH/alcohol concentration, it is used again for further regeneration until the limit concentration of 25% by weight is reached. of substances captured in the regenerate, based on the weight of the regenerate; whereas
d) se po ukončení regenerace kolony (C1) dle kroku c) vytlačí přebytečné množství regeneračního činidla/regenerátu stlačeným plynem do zásobního tanku (RE2), kolona se propláchne promývací tekutinou, zejména kohoutkovou vodou popřípadě s organickými a/nebo anorganickými solemi do sběrného tanku (RE1) pro zředěný regenerát k dalšímu zpracování; ad) after the regeneration of the column (C1) according to step c) is completed, the excess amount of regeneration agent/regenerate is forced out with compressed gas into the storage tank (RE2), the column is flushed with a washing liquid, especially tap water or with organic and/or inorganic salts into the collection tank (RE1) for diluted regenerate for further processing; and
e) regenerovaná kolona (C1) se následně odstaví, přičemž po vyčerpání adsorbentu nečistotami v koloně (C2) se kolona (C1) opětně zařadí k dalšímu čištění surové vody.e) the regenerated column (C1) is subsequently shut down, and after the adsorbent has been exhausted by the impurities in the column (C2), the column (C1) is again included for further purification of the raw water.
Výhodným řešením je podle vynálezu, že způsob čištění obsahuje dále krok f), kdy regenerace a recyklace regenerátu, jenž zahrnuje:According to the invention, an advantageous solution is that the cleaning method also includes step f), when regeneration and recycling of the regenerate, which includes:
po dosažení limitní koncentrace 25 % hmotn. znečišťujících látek zachycených v regenerátu z kroku c), vztaženo na hmotnost regenerátu, se regenerát následně vede k jeho recyklaci, zatímco permeát z recyklace regenerátu s obsahem vody a jednosytného alkoholu, výhodně s délkou řetězce C1-C3, v zásaditém prostředí se vede zpět do zásobního tanku k přípravě čerstvého regeneračního činidla, přičemž ještě výhodnějším řešením je podle vynálezu, že regenerační činidlo z kroku c), respektive permeát z kroku f) obsahuje 15-40 % obj. ethanolu, ethanolátu sodného a/nebo hydroxidu alkalického kovu o koncentraci 0,01-5 mol/l ve vodě.after reaching the limit concentration of 25% wt. of the pollutants captured in the regenerate from step c), based on the weight of the regenerate, the regenerate is subsequently recycled, while the permeate from the recycling of the regenerate containing water and a monohydric alcohol, preferably with a chain length of C1-C3, in an alkaline environment is fed back to storage tank for the preparation of a fresh regeneration agent, while an even more advantageous solution according to the invention is that the regeneration agent from step c) or the permeate from step f) contains 15-40% by volume of ethanol, sodium ethanolate and/or alkali metal hydroxide with a concentration of 0 .01-5 mol/l in water.
Výhodným regeneračním činidlem pro adsorbent podle tohoto vynálezu jsou vodné roztoky nízkomolekulárních alkoholů a jejich směsí, jako je například methanol, ethanol nebo isopropanol, jejichž pH je upraveno anorganickým hydroxidem na hodnotu 8-12, s výhodou 9-10. Koncentrace nízkomolekulárního alkoholu nebo jejich směsí je 20-90 %, s výhodou 50-70 %. Objem regeneračního činidla k úplné regeneraci adsorbentu podle tohoto vynálezu odpovídá objemu jednoho adsorpčního lože.A preferred regenerating agent for the adsorbent according to the present invention are aqueous solutions of low-molecular alcohols and their mixtures, such as methanol, ethanol or isopropanol, whose pH is adjusted with inorganic hydroxide to a value of 8-12, preferably 9-10. The concentration of low molecular weight alcohol or their mixtures is 20-90%, preferably 50-70%. The volume of the regeneration agent for complete regeneration of the adsorbent according to the invention corresponds to the volume of one adsorption bed.
Regenerace bez vyjmutí z adsorpčního aparátu (tj. in-situ) je ekonomicky velmi výhodná ve srovnání s dosavadním stavem techniky, podle něhož při regeneraci je potřeba adsorpční kolonu vyprázdnit a adsorbent odvést do regeneračního závodu. Tím, adsorpční materiál podle tohoto vynálezu šetří provozovateli náklady na regeneraci a snižuje uhlíkovou stopu provozu.Regeneration without removing it from the adsorption apparatus (i.e. in-situ) is economically very advantageous compared to the current state of the art, according to which during regeneration it is necessary to empty the adsorption column and take the adsorbent to the regeneration plant. Thereby, the adsorbent material according to the present invention saves the operator the cost of regeneration and reduces the carbon footprint of the operation.
Podle výhodného řešení způsobu podle tohoto vynálezu se promývací tekutina z kroku d) regenerace kolon obsahující asi 4 % obj. ethanolu shromáždí ve sběrném tanku, přičemž se pomocí dopředné osmózy a tažného roztoku 2M chloridu sodného (NaCl) odstraní asi z 80 % obj. čistá voda a vzniklý koncentrát s obsahující asi 20 % obj. ethanolu se vrací zpět do zásobního tanku jako regenerační činidlo.According to a preferred solution of the method according to the present invention, the washing liquid from step d) of column regeneration containing about 4 vol.% ethanol is collected in a collecting tank, while about 80 vol.% pure water and the resulting concentrate containing about 20 vol% ethanol is returned to the storage tank as a regeneration agent.
Způsob čištění tekutin dále zahrnuje s výhodou recyklaci regenerátu z kroku f), která se provádí pomocí reverzní osmózy, výhodně za běžné teploty místnosti.The liquid purification method further preferably includes the recycling of the regenerate from step f), which is carried out using reverse osmosis, preferably at normal room temperature.
Ještě dalším výhodným znakem předkládaného vynálezu je, že koncentrát z kroku f) s obsahem nečistot se sbírá do kontejneru mimo celý proces k dalšímu zpracování.Yet another advantageous feature of the present invention is that the concentrate from step f) containing impurities is collected in a container outside the entire process for further processing.
Podle vynálezu se koncentrát s obsahem nečistot z kroku f) výhodně podrobí destrukci pomocí fotokatalytické oxidace UV zářením při vlnové délce 242 nm při pokojové teplotě, což je energeticky, ale zejména ekologicky velmi výhodné, neboť na destrukci polutantů seAccording to the invention, the concentrate containing impurities from step f) is advantageously subjected to destruction by means of photocatalytic oxidation by UV radiation at a wavelength of 242 nm at room temperature, which is energetically, but especially ecologically very advantageous, since the destruction of pollutants is
- 5 CZ 2021 - 464 A3 nepoužívají žádná chemická oxidační činidla při zvýšených teplotách, což je například uváděno v již zmíněném CZ 33 685 U1.- 5 CZ 2021 - 464 A3 do not use any chemical oxidizing agents at elevated temperatures, which is, for example, stated in the already mentioned CZ 33 685 U1.
Dalším předmětem vynálezu je samotný adsorbent, obsahující naadsorbované nečistoty ze znečištěné tekutiny, zejména vody, jímž je alespoň jedna modifikace uhlíku, zejména uhlíkové nanotrubičky imobilizované na nosném substrátu nebo granulované aktivní uhlí, který byl podroben čištění a recyklaci pomocí regeneračního činidla.Another object of the invention is the adsorbent itself, containing adsorbed impurities from a polluted liquid, especially water, which is at least one modification of carbon, especially carbon nanotubes immobilized on a carrier substrate or granular activated carbon, which has been subjected to cleaning and recycling using a regeneration agent.
Konečně, ještě dalším předmětem předkládaného vynálezu je v souladu s OBR. 1 zařízení pro adsorpční velkoobjemové čištění tekutin, zejména vody, s cyklickou regenerací adsorbentu a recyklací regeneračního činidla, přičemž zařízení zahrnuje:Finally, yet another object of the present invention is in accordance with FIG. 1 device for adsorption large-volume purification of liquids, especially water, with cyclic regeneration of the adsorbent and recycling of the regenerating agent, while the device includes:
i. hlavní čerpadlo na přívodním potrubí čištěné tekutiny a alespoň dvě patrové adsorpční kolony s paralelním/sériovým uspořádáním a potrubním propojením jednak přes první vstupní ventil (V1) do první patrové adsorpční čisticí kolony (C1) a výstupní ventil (V3) umístěný za dnem kolony pro odvod vyčištěné tekutiny, jednak přes druhý vstupní ventil (V2) do druhé patrové adsorpční čisticí kolony (C2), a výstupní ventil (V4) umístěný za dnem kolony pro odvod vyčištěné tekutiny, přičemž na společném výstupním potrubí z kolon (C1, C2) je uspořádaný indikátor absorbance nečistot tekutin pro přepínání ventilů (V1, V2, V3, V4, V8 a V9) do adsorpčního nebo regeneračního modu patrové adsorpční čisticí kolony C1 nebo C2;i. the main pump on the feed line of the purified liquid and at least two tiered adsorption columns with a parallel/series arrangement and pipeline connection on the one hand via the first inlet valve (V1) to the first tiered adsorption purification column (C1) and the outlet valve (V3) located behind the bottom of the column for draining the cleaned liquid, on the one hand through the second inlet valve (V2) to the second floor adsorption purification column (C2), and the outlet valve (V4) located behind the bottom of the column for draining the cleaned liquid, while on the common outlet pipe from the columns (C1, C2) an indicator of the absorbance of liquid impurities is arranged for switching the valves (V1, V2, V3, V4, V8 and V9) to the adsorption or regeneration mode of the tiered adsorption purification column C1 or C2;
ii. potrubí (1) pro vstup tlakových médií -plyn, promývací voda; k čištění naadsorbovaných nečistot na adsorbentu v první nebo druhé patrové adsorpční čisticí koloně (C1) nebo (C2), zaústěné ve směru toku tekutiny před potrubím přivádějícím regenerační činidlo pomocí ventilů (V6) a (V7) z regeneračního tanku (RE2);ii. pipe (1) for the entry of pressure media - gas, washing water; to clean the adsorbed impurities on the adsorbent in the first or second floor adsorption cleaning column (C1) or (C2), opened in the direction of the fluid flow in front of the pipeline supplying the regeneration agent by means of valves (V6) and (V7) from the regeneration tank (RE2);
iii. alespoň jeden tank (RE2) s regeneračním činidlem propojený potrubím přes čerpadlo a vstupní ventil (V6) jednak pro regenerační mod od naadsorbových nečistot do první patrové adsorpční čisticí kolony (C1), jednak přes vstupní ventil (V7) pro regenerační mod od naadsorbových nečistot do druhé patrové adsorpční čisticí kolony (C2), přičemž jak první patrová adsorpční čisticí kolona (C1), tak druhá patrová adsorpční čisticí kolona (C2) dále obsahují v horní polovině kolon (C1, C2) zaústěný víceúčelový výstupní ventil (V8) z první kolony (C1), respektive ventil (V9) z druhé kolony (C2) pro odvod proplachovací vody, odvodnění adsorbentu, odvod vytlačeného regenerátu nebo zředěného regeneračního činidla pomocí plynu z vyčištěné kolony (C1), respektive (C2), přes trojcestný ventil (V5) zpět do tanku (RE2) s regeneračním činidlem;iii. at least one tank (RE2) with a regenerating agent connected by a pipe via a pump and an inlet valve (V6) on the one hand for the regeneration mod from naadsorb impurities to the first floor adsorption purification column (C1), on the other hand via an inlet valve (V7) for the regeneration mod from naadsorb impurities to second-stage adsorption purification columns (C2), while both the first-stage adsorption purification column (C1) and the second-stage adsorption purification column (C2) further contain a multi-purpose outlet valve (V8) from the first column that is opened in the upper half of the columns (C1, C2) (C1) or valve (V9) from the second column (C2) for draining the rinsing water, draining the adsorbent, draining the extruded regenerate or diluted regenerating agent using gas from the cleaned column (C1) or (C2) via the three-way valve (V5) back to tank (RE2) with regeneration agent;
přičemž do tanku (RE2) s regeneračním činidlem jsou dále zaústěna samostatná potrubí přes ventil (V10) a ventil (V11) pro opakovanou fyzikální recyklaci regeneračního činidla/recyklovaného regenerátu, zatímco ke dnu tanku (RE2) je připojeno přes ventil (V14) potrubí k recyklaci regenerátu adsorbentu se zaústěním do sběrného tanku (RE1); na tank (RE2) s regeneračním činidlem je přes jednotku dopředné osmózy (FO) čerpadlem (P3) protláčeno recyklované regenerační činidlo a na čerpadlo (P6) dále napojeno přívodní potrubí ze zásobníku chloridu sodného k dopředné osmóze pro snížení množství vody z regeneračního činidla.while separate pipelines are further connected to the tank (RE2) with the regeneration agent through the valve (V10) and the valve (V11) for repeated physical recycling of the regeneration agent/recycled regenerate, while to the bottom of the tank (RE2) is connected through the valve (V14) a pipeline to recycling of regenerated adsorbent with discharge into collection tank (RE1); to the tank (RE2) with the regenerating agent, the recycled regenerating agent is pushed through the forward osmosis (FO) unit by the pump (P3) and the supply pipe from the sodium chloride reservoir to the forward osmosis is further connected to the pump (P6) to reduce the amount of water from the regenerating agent.
Podle vynálezu toto zařízení výhodně dále obsahuje:According to the invention, this device advantageously further comprises:
iv. alespoň jeden sběrný tank (RE1) obsahující shora zaústěné potrubí pro recyklaci regenerátu z tanku (RE2); dále shora s napojeným potrubím přes trojcestný ventil (V5) pro shromáždění promývací vody se zředěným regeneračním činidlem; přičemž na dně sběrného tanku (RE1) je upořádáno ve směru proudu regenerátu výstupní potrubí s čerpadlem a ventilem k dopředné osmóze a jeho propojení s tankem (RE2).iv. at least one collection tank (RE1) containing a top-mouthed pipe for recycling the regenerate from the tank (RE2); further from the top with a connected pipe through a three-way valve (V5) for collecting the washing water with the diluted regeneration agent; while at the bottom of the collecting tank (RE1) there is an outlet pipe with a pump and a valve for forward osmosis and its connection to the tank (RE2) arranged in the direction of the regenerate flow.
- 6 CZ 2021 - 464 A3- 6 CZ 2021 - 464 A3
Podle předkládaného vynálezu uvedené zařízení dále s výhodou zahrnuje: reverzně osmotickou jednotku s uspořádaným přívodním potrubím ze sběrného tanku (RE1) pro recyklaci regeneračního činidla reverzní osmózou, na výstupu z jednotky propojenou potrubím s tankem (RE2).According to the present invention, the said device further advantageously includes: a reverse osmosis unit with an arranged supply pipe from the collection tank (RE1) for recycling the regenerating agent by reverse osmosis, at the outlet of the unit connected by a pipe to the tank (RE2).
Objasnění výkresůClarification of drawings
Obr. 1 zobrazuje schématické zobrazení zařízení podle tohoto vynálezu.Giant. 1 shows a schematic representation of a device according to the present invention.
Příklady uskutečnění vynálezuExamples of implementation of the invention
Příklad 1Example 1
Tento příklad popisuje způsob čištění vody podle tohoto vynálezu v reálném provozu technologie s názvem ART SAND Process při čištění pitné vody z podzemního vrtu.This example describes the method of water purification according to the present invention in the real operation of the technology called ART SAND Process when purifying drinking water from an underground well.
Adsorpční kolona vyrobená z nerezové oceli třídy ALSI304 o vnějším průměru 1,1m, složená ze dvou adsorpčních pater, byla naplněna adsorbentem ART SAND na bázi uhlíkových nanotrubic tak, že každé patro adsorpční kolony obsahovalo vrstvu adsorbentu o výšce 20 cm. Takto zkompletovaná kolona měla celkovou výšku 1,5m.The adsorption column made of ALSI304 grade stainless steel with an outer diameter of 1.1 m, consisting of two adsorption layers, was filled with ART SAND adsorbent based on carbon nanotubes so that each layer of the adsorption column contained a layer of adsorbent 20 cm high. The column completed in this way had a total height of 1.5 m.
Kolona byla opatřena PVC nastrojením, které svádělo vodu vytékající z jednotlivých pater adsorpční kolony do jednoho odtokového bodu. Na konci této části nastrojení byl kulový kohout a regenerační port. Nátoková trubice, sloužící pro přívod surové vody do adsorpční kolony, je také opatřena PVC nastrojením, které obsahuje tlakoměr, kulový ventil a regenerační port. V linii potrubí, které vede do a z kolony jsou umístěny před a za adsorpční kolonou svíčkové filtry. Na vstupu do kolony je umístěn tkaninový filtr s porozitou 1 pm a na výstupu s porozitou 0,1 pm.The column was equipped with a PVC device that diverted the water flowing from the individual floors of the adsorption column to one drain point. At the end of this part of the setup was a ball valve and recovery port. The inlet tube, which serves for supplying raw water to the adsorption column, is also equipped with a PVC device, which includes a pressure gauge, a ball valve and a regeneration port. Candle filters are placed in the pipe line leading to and from the column before and after the adsorption column. A fabric filter with a porosity of 1 pm is placed at the inlet of the column and at the outlet with a porosity of 0.1 pm.
Budova, ve které je umístěna výše popsaná adsorpční kolona, obsahovala ve sklepní části betonovou akumulační betonovou akumulační nádrž, do které samovolně vyvěrala voda betonovou akumulační nádrž, do které samovolně vyvěrala voda z podzemního vrtu. Voda akumulovaná v této nádrži byla pomocí samonasávacího čerpadla čerpána skrze vstupní svíčkový filtr do adsorpční kolony technologie ART SAND Process, kde procházela skrze adsorbent ve všech adsorpčních patrech kolony. Voda vytékající z jednotlivých pater adsorpční kolony byla svedena PVC nastrojením do jedné linie potrubí, které ji dále vedlo skrze výstupní svíčkový filtr zpět do betonové jímky ve sklepní části. Sání vody z akumulační nádrže a přítok vyčištěné vody z technologie ART SAND Process do akumulační nádrže jsou umístěny v nádrži na opačných koncích pomyslné diagonály spojující dva rohy této jímky s obdélníkovým půdorysem.The building in which the above-described adsorption column is located contained in the basement part a concrete storage concrete storage tank into which water spontaneously gushed concrete storage tank into which water spontaneously gushed from an underground well. The water accumulated in this tank was pumped by means of a self-priming pump through the inlet candle filter into the adsorption column of the ART SAND Process technology, where it passed through the adsorbent in all adsorption stages of the column. The water flowing out of the individual floors of the adsorption column was guided by a PVC device into one line of pipes, which further led it through the outlet candle filter back to the concrete sump in the basement part. The intake of water from the storage tank and the inflow of purified water from the ART SAND Process technology into the storage tank are located in the tank at the opposite ends of the imaginary diagonals connecting the two corners of this tank with a rectangular floor plan.
Technologie ART SAND Process sestavená podle výše popsaného uspořádání byla dlouhodobě provozována při průměrném okamžitém průtoku vody adsorpční kolonou 1 l/s. Maximální okamžitý průtok vody kolonou, na kterou byla technologie designová je 2 l/s. Doba zdržení vody v koloně byla 270 vteřin.The ART SAND Process technology assembled according to the arrangement described above was operated for a long time at an average instantaneous water flow through the adsorption column of 1 l/s. The maximum instantaneous water flow through the column, for which the technology was designed, is 2 l/s. The retention time of the water in the column was 270 seconds.
Při provozu technologie za průměrného okamžitého průtoku vody 1 l/s byly odebrány vzorky surové vody vstupující do adsorpční kolony (IN) a vody na výstupu z adsorpční kolony (OUT). V těchto vzorcích vod byly stanoveny koncentrace pesticidních látek, které jsou shrnuté v Tabulce 1. Data v tabulce ukazují, že po průchodu vody technologií ART SAND Process došlo k eliminaci všech přítomných pesticidních látek.During the operation of the technology at an average instantaneous water flow of 1 l/s, samples of raw water entering the adsorption column (IN) and water at the exit from the adsorption column (OUT) were taken. The concentrations of pesticide substances were determined in these water samples, which are summarized in Table 1. The data in the table show that after passing the water through the ART SAND Process technology, all present pesticide substances were eliminated.
- 7 CZ 2021 - 464 A3- 7 CZ 2021 - 464 A3
Tabulka 1: Rozbor vody na vstupu do (IN) a na výstupu (OUT) z technologie ART SAND Process.Table 1: Analysis of water at the inlet (IN) and at the outlet (OUT) of the ART SAND Process technology.
Příklad 2Example 2
Tento příklad popisuje provoz adsorpční kolony o průměru 22,5 cm technologie s názvem ART SAND Process při čištění pitné vody z podpovrchového zdroje (studna). Nerezová adsorpční kolona výše popsaného průměru byla naplněna adsorpčním materiálem ART SAND do výšky 20 cm a nasazena při dočišťování vody při výrobě nealkoholických nápojů. Doba zdržení vody 10 v koloně byla 120 vteřin a okamžitý průměrný průtok vody byl přibližně 240 l/h. Adsorpční kolony byla v této lokalitě a za výše popsaných parametrů provozována po dobu 10 měsíců. Cílem instalace technologie byla eliminace pesticidních látek. Analýza vody vstupující do kolony (IN) a vytékající z kolony (OUT) je shrnuta v Tabulce 2.This example describes the operation of an adsorption column with a diameter of 22.5 cm of the ART SAND Process technology in the purification of drinking water from a subsurface source (well). The stainless steel adsorption column of the diameter described above was filled with ART SAND adsorbent material to a height of 20 cm and used during water purification during the production of non-alcoholic beverages. The residence time of the water 10 in the column was 120 seconds and the instantaneous average water flow was approximately 240 l/h. Adsorption columns were operated for 10 months in this location and under the parameters described above. The goal of installing the technology was the elimination of pesticide substances. The analysis of water entering the column (IN) and exiting the column (OUT) is summarized in Table 2.
- 8 CZ 2021 - 464 A3- 8 CZ 2021 - 464 A3
Tabulka 2: Rozbor vody na vstupu do (IN) a na výstupu (OUT) provedeným způsobem podle tohoto vynálezu z technologie ART SAND Process.Table 2: Analysis of water at the inlet (IN) and at the outlet (OUT) performed according to the method of the present invention from the ART SAND Process technology.
- 9 CZ 2021 - 464 A3- 9 CZ 2021 - 464 A3
Příklad 3Example 3
Podle předkládaného vynálezu, dvě adsorpční kolony technologie s názvem ART SAND Process o průměru 22,5 cm (kolona K1 a K2) byly zapojené v sérii při eliminaci pesticidních látek a jejich metabolitů z pitné vody (podzemní vrt). Kolony celkově obsahovaly přibližně 5000 ml adsorbentu ART SAND (každá přibližně 2500 ml) a při průměrném průtoku 60 l/h byly v nepřetržitém provozu po dobu 21 dní. Po nasycení kolon (po detekci pesticidních látek na výstupu z druhé kolony ze série) byl zastaven nátok surové vody do kolon a z obou kolon byla vytlačena přebytečná voda pomocí stlačeného plynu, výhodně stlačeného vzduchu. Odvodněný adsorbent byl tímto způsobem připraven k regeneraci.According to the present invention, two adsorption columns of the ART SAND Process technology with a diameter of 22.5 cm (column K1 and K2) were connected in series in the elimination of pesticides and their metabolites from drinking water (underground well). The columns contained a total of approximately 5000 mL of ART SAND adsorbent (approximately 2500 mL each) and were operated continuously for 21 days at an average flow rate of 60 L/h. After saturation of the columns (after the detection of pesticide substances at the outlet of the second column in the series), the inflow of raw water into the columns was stopped and excess water was forced out of both columns using compressed gas, preferably compressed air. The dewatered adsorbent was thus prepared for regeneration.
Regenerační činidlo obsahující 15-40 % obj. ethanolu a 60-85 % obj. vody při pH 12,5 bylo pomocí čerpadla protlačováno definovanou rychlostí nejprve skrze adsorbent v koloně AK2 (druhá v pořadí ve směru toku čištěné vody), odkud ihned natékalo do kolony AK1 (první v pořadí ve směru toku vody). Regenerační činidlo tak bylo použito pro současnou regeneraci dvou v sérii zapojených kolon bez nutnosti s nimi manipulovat.The regenerating agent containing 15-40% by volume of ethanol and 60-85% by volume of water at pH 12.5 was forced by means of a pump at a defined speed first through the adsorbent in the AK2 column (second in order in the direction of the flow of purified water), from where it immediately flowed into columns AK1 (first in order in the direction of water flow). The regenerating agent was thus used for the simultaneous regeneration of two columns connected in series without the need to manipulate them.
Příklad 4Example 4
Tento příklad popisuje recyklaci ethanolu z regenerátu, který dosáhl limitní koncentrace zachycených látek při jeho opakovaném použití v regenerační proceduře adsorbentu. Cílem recyklační procedury je získání co největšího množství ethanolu z regenerátu a jeho opětovné použití jako vstupní suroviny pro přípravu nového regeneračního činidla.This example describes the recycling of ethanol from a regenerate that has reached the limit concentration of trapped substances when it is reused in the adsorbent regeneration procedure. The goal of the recycling procedure is to obtain the largest possible amount of ethanol from the regenerate and reuse it as an input raw material for the preparation of a new regeneration agent.
Složení regenerátu získaného z regenerační procedury bylo ca 15-40 % obj. ethanolu a 60-85 % obj. vody. Celkový objem regenerátu byl 20 l a jeho pH bylo v rozmezí 9-10. Regenerát zároveň obsahoval organické látky, které se do regenerátu dostaly desorpcí z povrchu nasyceného adsorbentu při jeho regeneraci.The composition of the regenerate obtained from the regeneration procedure was about 15-40 vol% ethanol and 60-85 vol% water. The total volume of the regenerate was 20 l and its pH was in the range of 9-10. At the same time, the regenerate contained organic substances that entered the regenerate by desorption from the surface of the saturated adsorbent during its regeneration.
Recyklace ethanolu z regenerátu byla provedena pomocí reverzně osmotické jednotky, která obsahovala pro tento účel speciálně navržené membrány. Reverzně osmotická jednotka měla výkon 150-200 l/h, pracovní tlak do 18 bar, výkon ca 1,5 kW a výtěžnost ethanolu ca 90 %. Regenerát byl ze zásobní nádoby dopravován čerpadlem pod potřebným tlakem a průtokem na membrány v osmotické jednotce. Zde došlo ke vzniku permeátu (vyčištěného roztoku ethanolu bez organických látek, 15-40 % obj. ethanolu, celkový objem 18 l) a koncentrátu (roztoku ethanolu se zkoncentrovanými organickými látkami, 20 % obj. ethanolu, celkový objem 2 l), který byl postupně vracen do zásobní nádoby s regenerátem, kde docházelo ke zkoncentrování organických látek. Na konci recyklační procedury tak z 20 l regenerátu vzniklo 18 l recyklovaného roztoku ethanolu bez organických látek a 2 l koncentrátu, který obsahoval všechny organické látky původně přítomné ve 20 l regenerátu.The recycling of ethanol from the regenerate was carried out using a reverse osmosis unit, which contained specially designed membranes for this purpose. The reverse osmosis unit had an output of 150-200 l/h, a working pressure of up to 18 bar, an output of approx. 1.5 kW and an ethanol yield of approx. 90%. The regenerate was transported from the storage container by a pump under the necessary pressure and flow to the membranes in the osmotic unit. Here, permeate (purified ethanol solution without organic substances, 15-40% vol. ethanol, total volume 18 l) and concentrate (ethanol solution with concentrated organic substances, 20% vol. ethanol, total volume 2 l) were formed, which was gradually returned to the storage container with regenerate, where organic substances were concentrated. At the end of the recycling procedure, 18 l of recycled ethanol solution without organic substances and 2 l of concentrate, which contained all the organic substances originally present in the 20 l of regenerate, were created from 20 l of regenerated material.
Výše popsaným postupem získaný recyklovaný roztok ethanolu (20 % obj.) byl doplněn novým roztokem ethanolu (99,9 % obj.) tak, že konečná koncentrace ethanolu byla 30 % obj. Tento roztok byl na závěr alkalizován na pH 12 a znovu použit při regeneraci nasyceného adsorbentu.The recycled ethanol solution (20% vol) obtained by the procedure described above was supplemented with a new ethanol solution (99.9% vol) so that the final ethanol concentration was 30% vol. This solution was finally alkalinized to pH 12 and reused at regeneration of saturated adsorbent.
Uvedené příklady provedení je potřeba brát v úvahu pouze jako ilustrující vynález, nikoli jakkoliv omezující rozsah ochrany vynálezu, který je uvedený v patentových nárocích.The given examples of embodiments need to be taken into account only as illustrative of the invention, not as limiting the scope of protection of the invention, which is stated in the patent claims.
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2021-464A CZ2021464A3 (en) | 2021-10-04 | 2021-10-04 | A method of complex, continuous, large-volume, adsorptive purification of liquids with cyclic regeneration of the adsorbent, recycling of the regenerating agent and the equipment for this |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2021-464A CZ2021464A3 (en) | 2021-10-04 | 2021-10-04 | A method of complex, continuous, large-volume, adsorptive purification of liquids with cyclic regeneration of the adsorbent, recycling of the regenerating agent and the equipment for this |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ2021464A3 true CZ2021464A3 (en) | 2023-05-03 |
Family
ID=86144564
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2021-464A CZ2021464A3 (en) | 2021-10-04 | 2021-10-04 | A method of complex, continuous, large-volume, adsorptive purification of liquids with cyclic regeneration of the adsorbent, recycling of the regenerating agent and the equipment for this |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ2021464A3 (en) |
-
2021
- 2021-10-04 CZ CZ2021-464A patent/CZ2021464A3/en unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101538102B (en) | Ozone-bacteria filter system for advanced treatment of hardly-degradable organic wastewater | |
US6027642A (en) | Mobile portable water disinfection/filtration and hazardous chemical oxidizing system | |
AU2016232986A1 (en) | Process and apparatus for treating water | |
CN100531870C (en) | Membrane module and water treatment system | |
KR101697155B1 (en) | Simple water purification appratus having central management and control system | |
CN106554130A (en) | Integral biological filter sewage processing meanss | |
WO2015181807A1 (en) | Sanitization and regeneration of porous filter media with ozone in backwash | |
Jamil et al. | Enhanced nanofiltration rejection of inorganic and organic compounds from a wastewater-reclamation plant’s micro-filtered water using adsorption pre-treatment | |
KR20200124257A (en) | Contaminated fluid treatment system and method with low environmental impact | |
KR20090127385A (en) | Eco panel(ep), eco box(eb), eco bioreactor(ebr), composite bioreactor(cbr) and clean up of water quality by them | |
Adetunji et al. | Applications of nanofiltration for wastewater treatment | |
Akram et al. | Nanocomposites for removal and degradation of organic pollutants | |
US10131552B2 (en) | Ion exchange system for removing sulfate ions from water | |
CZ2021464A3 (en) | A method of complex, continuous, large-volume, adsorptive purification of liquids with cyclic regeneration of the adsorbent, recycling of the regenerating agent and the equipment for this | |
Kaur et al. | Need for the advanced technologies for wastewater treatment | |
Helmreich et al. | Post-treatment for micropollutants removal | |
Kajitvichyanukul et al. | Potable water biotechnology, membrane filtration and biofiltration | |
Kiran et al. | Remediation of textile effluents via physical and chemical methods for a safe environment | |
KR101685929B1 (en) | Simple water purification appratus having near field communication function for water quality measuring and confirmation | |
Yu | Adsorption removal of organic pollutants using graphene-based nanocomposites: methodologies and protocols | |
Mukherjee et al. | Concepts of sustainability in clean water technologies | |
CN216005565U (en) | Device for advanced treatment of sewage to surface of earth and quasi-IV-class water quality | |
CN214360845U (en) | Waste water treatment equipment for municipal works | |
US20230084295A1 (en) | Method and Apparatus for Treating Contaminated Fluid Medium | |
Saleh | Reactors and procedures used for environmental remediation |